导言
智能马桶运用比较多的人体运动检测办法是PSD(Position Sensitive Device，方位灵敏器材)和PIR(Passiveinfrared Detector，被迫红外检测器)。PSD是主动式发射，可比较精确地检测出方位，可是简略遭到周边环境和障碍物的影响而导致误检测;PIR一般经过检测人体辐射出来的红外线来辨认人体，是一种运动传感器，可是也简略遭到温度等周边环境的影响。一起，PSD和PIR检测办法均无法透过非通明的原料，一般需求别的开窗口以检测接纳信号，这在必定程度上破坏了产品外观的完整性和协调性。与现在卫浴范畴简练时髦的风格相违反。
为了充沛确保产品外观上的完整性及更好的检测作用，本文提出了一种运用多普勒原理完结的微波人体检测办法。
1 整体计划规划
本规划在硬件上首要包括微波传感器HB100、陷波器、数控增益可调扩大器、整形电路和单片机PIC16F1824等部分，规划框图如图1所示。
体系作业进程如下：首要单片机PIC16F1824操控微波传感器HB100发射微波信号，并不断地检测接纳反射波，并依据多普勒原理将发射波和反射波进行混频，然后输出一个具有中频特性的多普勒信号，该信号经过陷波器滤除体系中的一些搅扰信号后，输入到数控增益可调扩大器进行信号扩大。数控增益可调扩大器的输出别离接至单片机和整形电路，整形电路的输出接至单片机，单片机依据体系的外接灵敏度条件输出操控数控增益可调扩大器的扩大增益。信号在单片机操控器中经过波形收集处理单元、频率检测处理单元、幅值检测处理单元和信号处理单元进行处理，并依据多普勒信号的波形趋势，结合预先确认的幅值和频率条件来判别出人体的行为状况，并输出对应的操控信号。
本规划充沛运用了多普勒波形的强度改变规矩，选用了判别信号强度改变趋势，而且结合强度和频率的约束，抵达杰出、牢靠的检测作用。
1.1 硬件规划
1.1.1 PIC16F1824单片机
PIC16F1824是美国微芯公司规划的一款低本钱、高性能8位单片机，最高作业频率为32 MHz，具有4 KB的闪存程序存储器、256字节的数据存储器以及256字节的EEPROM数据存储器，可用于存储体系中的一些参数设置，如数控增益可调扩大器的增益设置，体系的软件灵敏度设置(包括灵敏度形式、灵敏度值、灵敏度档位等)。该单片机还有丰厚的外设资源，如内部振荡器、10位A/D转换器、增强型串口通讯模块、比较器等，无需额定的外部资源，既增强了体系的紧凑性和牢靠性，又节省了体系的规划本钱。
本文首要运用10位A/D转换器对体系的多普勒信号进行收集，并输送给后端的处理单元进行剖析处理。运用增强型串口通讯模块与智能马桶的主操控体系进行通讯，接纳体系的相关灵敏度设置调整信息及发送人体感应检测信息给主操控体系。
1.1.2 微波传感器
HB100微波移动传感器是X波段移动传感多普勒模块，具有低功耗、高灵敏度、体积小等特色，是抱负的低本钱移动检测器。由介质振荡器(DRO)和一对微带天线(包括发送天线和接纳天线)组成;用来向空间发射10.525GHz的高频电磁波，接纳该高频电磁波遇到障碍物后折回的反射波，并将接纳波和发射波混频后，输出一个具有中频信号特征的多普勒信号。微波移动传感器框图如图2所示。
1.1.3 陷波器
智能马桶中需检测人体的挨近和脱离，经过剖析相关数据和实验数据，发现人体的运转频率会集在30～80Hz，简略遭到环境和电网中100 Hz或120 Hz的辐射搅扰，形成误触发动作，因而规划中增加了陷波器完结滤除功用，如图3所示。
经过实验，该陷波器对各频率的衰减状况如图4所示。陷波器对100 Hz或120 Hz频率的衰减在70 dB(3 162倍)以上，而在80 Hz频率的衰减只要40 dB(100倍)。关于人体运动的频率50 Hz(对应运动速度0.7 m/s)的衰减更是直线下降，只要不到23 dB(14倍)，能够忽略不计。因而该陷波器能有用地滤除搅扰信号。
1.1.4 数控可调增益扩大器
数控可调增益扩大器用来对弱小的多普勒信号进行扩大处理，是一个增益可调的低频扩大器。当有物体在微波传感器掩盖的面积内移动时，微波传感器会输出多普勒信号，输出强度与发射能量的发射强度有关，一般状况下该信号很弱小，所以需求一个高增益的低频扩大器来处理该信号，使其能被处理器所辨认，数控增益可调扩大器正是起到了这个作用。一起，该扩大器可由操控器依据状况主动调理灵敏度。数控增益可调扩大器包括固定增益扩大器和可调增益扩大器，扩大电路如图5所示。
该数控可调增益扩大器首要经过调整数字电位器MCP4011—50K的电阻值来完结64级的增益调整。MCP4011—50K是美国微芯公司推出的低本钱易失性50 kΩ数字电位器，其具有64个抽头，且选用简略的递加/递减(U/D)串行接口操控滑动端的设置。但其为易失性数字电位器，断电后不保存滑动端设置值，因而该滑动端设置值由单片机P%&&&&&%16F1824内部的EEPROM进行保存，并在上电初始化时康复到MCP4011—50K芯片上。
1.1.5 整形电路
整形电路的作用是对改变缓慢或不规矩的信号进行整形，一起可除掉输入信号中的搅扰信号;单片机借此来衡量多普勒信号中的频率成分;该部分电路首要运用单片机内部的比较器来完结。原理框图如图6所示。
1.2 软件规划
本规划软件首要包括体系初始化模块、串口通讯模块、灵敏度设置处理模块、波形收集处理模块、频率检测处理模块、幅值检测处理模块和信号处理剖析模块等，详细软件流程如图7所示。
2 人体运动检测原理
微波传感器不断地向空间发射高频电磁波。当人体在微波传感器掩盖的面积内移动时，微波传感器宣布的高频电磁波遇到人体发生反射后折回，被微波传感器接纳;微波传感器将接纳波与发射波混频后输出一个中频信号，即多普勒信号。
该多普勒信号先经过陷波器滤除信号中的噪声，然后再进入数控增益可调扩大器，信号被扩大后被单片机辨认;扩大后的信号一路直接送入单片机，另一路经过整形电路后将不规矩的信号整形后再送入单片机，借此来衡量多普勒信号的频率。
多普勒信号进入单片机后，由波形收集处理模块、频率检测处理模块和幅值检测处理模块进行相应的处理，得出幅值和频率，然后由信号处理单元运用电平改变趋势和幅值频率的约束来做终究判别。终究，单片机依据本次断定成果履行翻盖、冲刷等使命。
当方针物体中止时，多普勒信号的幅值和频率坚持不变。当方针物体向多普勒微波传感器运动时，多普勒信号的幅值会呈现出上升趋势，频率也会呈现变大趋势;当方针物体远离多普勒微波传感器运动时，多普勒信号的幅值会呈现出下降趋势，频率也会呈现变小趋势;而多普勒信号的幅值与方针物体的详细方位有关，方针物体运动所发生的多普勒频率取决于方针物体与马桶之间的相对运动速度。
3 人体运动检测流程剖析
以检测人体挨近为例，假定单片机检测人体挨近预设的参数为幅值V0，频率为[F0，F1]，则预设的断定条件为：V>V0，F1>F>F0，幅值改变趋势上升。
人体朝着多普勒微波传感器的方向运动，多普勒微波传感器就会不断地输出多普勒信号，该信号是十分弱小的，而且掺杂了许多杂信。多普勒信号首要经过陷波器，开始滤除信号中的杂信，然后经过沟通耦合的办法进入低频扩大器将信号扩大。沟通耦合的办法能够去除掺杂在多普勒信号中的直流成分，使多普勒信号更纯洁。接着被扩大的多普勒信号进入了数控增益可调扩大器，将信号扩大到能被单片机所辨认的程度。数控增益可调扩大器的扩大倍数由单片机依据作业形式确认。从数控增益可调扩大器输出的多普勒信号(假定幅值为V，频率为F)则直接送入单片机进行处理。
人体不断的运动导致V和F也是不断改变的。经过软件算法，单片机辨认，记载并存储V和F的改变，并不断地与预设的断定条件进行比对。当检测到V>V0、F1>F>F0，且幅值是一条上升趋势的曲线时，操控器就会认为是一次有用的挨近检测，然后履行相应的输出。假如三个条件中的任何一个都不满意要求，则单片时机认为是无效的挨近检测，不会履行相应的输出。
当人体从远处移动至多普勒微波传感器前方时，微波检测设备检测到的波形如图8所示。能够看出，整条曲线(电平)呈上升趋势，经过软件算法能够检测出该趋势;图中的V1约束用来指定方针物体呈现的有用方位;波形尾部曲线有下降趋势是因为方针物体已抵达方位并中止移动。检测到人体正在挨近马桶后，马桶可马上履行主动翻盖等使命。
当人体从多普勒微波传感器前方移动至远处时，微波检测设备检测到的波形如图9所示。能够看出，整条曲线(电平)呈下降趋势，经过软件算法能够检测出该趋势;图中的V2约束用来指定方针物体脱离的有用方位。检测到人体已远离马桶后，马桶可履行主动冲刷、主动关盖等使命。
当人体从多普勒微波传感器旁边面移动至传感器前面时，微波检测设备检测到的波形如图10所示。能够看出，整条曲线(电平)与图8的曲线是十分相似的，也是呈上升趋势。
单片机采样输入多普勒信号，并从中检测出幅值和频率;一起，对输入的多普勒信号进行信号处理，提取出幅值改变的趋势，即上升趋势和下降趋势。单片机依据检测到的这些信息，结合预设的断定条件终究断定是否为有用的检测，并履行相应的输出。
断定的条件有3个：幅值、频率和幅值改变趋势。这3个条件单片机中都做有预设值，操控器将这3个条件和预设值进行比较，假如满意则视为一次成功有用检测。比方，假定检测方针物体挨近的时分，要求幅值为V0、频率为[F0，F1]、幅值改变为上升趋势，单片机检测到的成果是V，频率为F。假如V>V0而且F1>F>F0，一起幅值改变趋势是上升的，那么就会视为一次有用的检测;假如这3个条件中的任一个都不能满意，则视为无效检测。
结语
本文从体系计划及要害模块等方面对硬件和软件规划原理进行体系的解析，介绍了微波传感器HB100在智能马桶上的运用，首要是用于检测人体挨近或脱离，并依据检测成果履行相应的翻盖、关盖、冲刷等动作，免除了人为动作，抵达智能的作用。该计划已在实践产品上获得杰出的运用作用。
